Инфокоммуникации в Арктике: новый подход

Display_image_x220Александр Герасимов, руководитель направления IT и облачных услуг, J’son & Partners.

Последнее время в России все активнее обсуждается вопрос восстановления полноценного присутствия в Арктике.

Уже в ходе предварительных обсуждений стало понятно, что в отличие от советского периода освоения арктического региона пытаться решать эту задачу прежними экстенсивными методами не только не целесообразно, но и просто невозможно. У государства на это нет и не предвидится ни соответствующих материальных, ни финансовых, ни людских ресурсов, а бизнес обычно не вкладывается в проекты с сомнительными перспективами окупаемости.

Из вышесказанного следует, что восстанавливать присутствие в Арктике нужно таким образом, чтобы максимально эффективно использовать весьма ограниченные ресурсы.

Фактически это многокритериальная оптимизационная задача, поиск решения которой нужно начинать с анализа целей. То есть необходимо ответить на вопрос: восстанавливать присутствие – зачем именно?

Все многообразие решаемых в Арктике задач можно свести всего к трем:

  • Добыча полезных ископаемых
  • Транзит грузов
  • Обеспечение связи и наблюдения

При этом первые две традиционно считаются основными, а третья – вспомогательной.

Основными ограничениями в их решении являются:

  • Экстремальные климатические условия
  • Чрезвычайно высокая стоимость доставки грузов
  • Надежность – критичное требование к оборудованию

То есть для решения поставленных задач в Арктике нужны такие подходы, которые позволили бы значительно снизить потребность в первую очередь в наличии людских ресурсов непосредственно в регионе, что облегчает и задачу снабжения, и использовать такое оборудование и технологии, которые предъявляли бы минимально возможные требования к, объему, весу, дороговизне и сложности элементов, размещаемых «на месте». То есть все сложное и требующее обслуживание нужно оставить на «Большой земле».

Таким образом, эти новые подходы к созданию инфраструктуры в Арктике технологически должны основываться на следующих базовых принципах:

  • Преимущественном использовании интеллектуальных систем дистанционного автоматического управления сложными системами логически объединенных в «пулы» объектов
  • Кардинальное упрощение аппаратной части размещаемых в регионе объектов, модульность их построения
  • Энергоэффективность объектов инфраструктуры, вплоть до их энергетической нейтральности

Следует отметить, что это именно те принципы, на которых строится так называемый «Интернет Сервисов».

Infocom_v_Arktike_(infograf)_x1200

На практических примерах уже доказано, что переход на принципы «Интернета Сервисов» позволяет повысить эффективность использования всех видов ресурсов более чем в 10 раз (соответственно, уменьшить потребность в них), а роль персонала при этом трансформируется из непосредственных исполнителей в архитекторов преимущественно автоматически исполняемых процессов.

Но вот проблема – связь. Она остро стоит даже в крупных городах, а уж в Арктике! И уж точно эта задача перемещается из вспомогательной в число основных.

Наиболее доступный вид связи в Арктике сейчас – это спутниковая связь. Но у нее есть ряд критичных недостатков, не позволяющих использовать ее для задач «Интернета Сервисов», а именно:

  • Ограниченная пропускная способность и дороговизна ресурса
  • Неприемлемо высокая задержка сигнала – более 500 мс
  • Высокая стоимость специализированного абонентского оборудования

А для «Интернета Сервисов» нужны:

  • Высокая доступность канала (малое время отклика)
  • Низкая задержка сигнала

Но самое главное – емкость и другие характеристики сетевого ресурса должны выделяться по требованию, причем динамически и в автоматическом режиме. И требования эти весьма разнообразны, с большими диапазонами изменений:

Infocom_v_Arktike_(infograf)_x660

Одним из возможных решений этой задачи является создание в дополнение к сетям наземной проводной и беспроводной связи постоянно действующих коммуникационных платформ в стратосфере, на высоте около 20 км, обладающих наилучшим соотношением по площади покрытия и задержке сигнала.

Эту задачу пытались реализовать в США на протяжении последних 20 лет путем разработки мега-дирижаблей массой до 150 тонн, объемом до 2 млн. куб. м. и длиной – до 300 м, способных удерживать определенную точку в пространстве или осуществлять патрулирование в ограниченном районе, развивая скорость до 200 км/ч, необходимую для компенсации скорости ветра. Предполагалось, что размещенное на таких платформах оборудование связи и наблюдения обеспечит огромную зону покрытия – до 5,5 млн. кв. морских миль (в 20 раз больше чем у AWACS), а время активной работы платформы без обслуживания будет сопоставимо со спутниками (до 10 лет).

Infocom_v_Arktike_(img-01)_x660

Все попытки создания таких платформ окончились неудачами. Выявились проблемы, решение которых оказалось невозможно на текущем уровне развития технологий. Среди основных из них:

Обеспечить генерацию энергии до 1 МВт в пике за счет собственных источников энергии
Осуществить полностью автоматическое управление нежестким объектом
Создать малогабаритное и легкое оборудование наблюдения с требуемой зоной покрытия

Казалось бы, глухой тупик? Но совсем недавно был предложен принципиально иной подход, базирующийся на отказе от удержания позиции и обеспечении ограниченной управляемости пассивных платформ путем управления изменением высоты полета за счет наличия устойчивых ветров разного направления на разных высотах.

Такой подход позволяет обеспечить энергетическую нейтральность платформы, ее дешевизну и простоту конструкции платформ, массовость их производства и использования. Минусом является чрезвычайно сложная система управления сетью связи, образуемой такими подвижными платформами: в этом случае необходимо осуществлять адаптацию конфигурации сети под местоположение платформ, а не наоборот, как в обычных сетях связи.

Тем не менее, бурное развитие новых технологических концепций программно-определяемых сетей и виртуализации сетевых функций позволяет экономически эффективно решить задачу создания динамически адаптирующейся под нагрузку и конфигурацию узлов сети.

Infocom_v_Arktike_(img-021)_x660

Infocom_v_Arktike_(img-03)_x660Еще одним плюсом именно такого подхода является возможность качественного имитационного моделирования работы такой сети, включая возможность «измерить» пропускную способность каналов, задержку сигнала, джиттер и другие важные характеристики, а также протестировать работу в такой сети самых разнообразных приложений, включая перспективные системы оптимизационного управления, построенные на принципах Интернета Сервисов, и сервисы информационной безопасности, обеспечивающие требуемый уровень защищенности прикладных систем.

Такие очевидно необходимые для России исследования можно начать именно с имитационного моделирования таких систем. Так, в рамках реализации проекта распределенной сетевой инфраструктуры для проведения научно-исследовательских междисциплинарных проектов в сфере науки и образования (Global Russian Advanced Network Initiative, GRANIT) консорциумом российских вузов планируется создание необходимой для моделирования таких сетей и систем «Интернета Сервисов» среды.

В случае получения положительных результатов создание «в железе» динамически адаптирующейся под нагрузку и конфигурацию узлов сети, размещенных на ограниченно управляемых стратосферных платформах, не представляет особой сложности. Наиболее сложный ее функционал будет реализован на программном (виртуальном) уровне в ходе работ по имитационному моделированию (проектированию) сети. А ее развертывание не потребует существенных финансовых затрат.

/PRO-ARCTIC/



Print This Post Print This Post
©2017 Pro-arctic.ru